当广播遇见 5G,引发了新一轮的技术革命,让传统的业务焕发出新光彩。

与传统广播业务相比,5G 广播支持手机接收和移动接收,终端无需注册为某运营商的用户,在无 SIM 卡的情况下也可以收看广播电视节目。与通信网络联合 / 融合,5G 广播将在融媒体新闻传播、基于位置等的公共服务、直播、智慧连接等业务发挥巨大作用,也被认为是盘活广播电视发射资源,挽回广播电视用户的利器。

在上周 CCBN 期间召开的 "广电 5G 峰会" 上,广播电视科学研究院 5G 广播技术首席科学家张宇博士作了题为 "5G 广播助力媒体融合传播" 的主题报告。

张宇指出,在当前阶段,围绕着 5G 广播出现的两条技术演进路径,的确是客观存在的。

R16 5G 广播的主要目是利用 5G 技术对广播电视大塔的基础设施进行升级改造,盘活现有广播电视资源,让广播电视大塔信号不但到电视,而且可以到手机;

R17 是利用通信基站发射,业务上从通信增加了组播和广播类型的业务,即在现有的通信网开展广播业务。

二者的出发点不同,作用也不一样。当前最紧要的是尽快明确演进方向,催动产业前行,争取在 5G Release 18 阶段走向融合。从技术与产业实现层面来看,应该通过 "大塔" 与 "小塔" 的解耦,让 5G 广播回归公共服务的本源,实现独立演进和持续发展。

技术路径解析

张宇指出,社会上对于 5G 广播的讨论越来越多多,关注度也在提高,但 5G 广播是个相对宽泛的概念,有着完全不同的技术演进路径。第一种是基于 3GPPRelease 16 标准,是 LTE 演进到 5G 阶段的广播电视技术,而且是数字地面广播电视技术;第二种是基于 3GPP Release 17 标准,在系统架构和无线空口都进行变革,二者组合起来可以叫做 5G NR 组播广播。

事实上,3GPP 关于组播广播技术已经演进了很久。如果从 4G 算起,Release 8、Release 9 就已经开始在做组播广播技术,这些技术演进到 Release 13 的时候就出现了两个并行的技术:一个就是原有的 MBMS 的增强,在此基础上衍生到 R14 和 R16,这是一脉相承的,就是 LTE 广播技术。另一个就是 5G NR MBS 是直接从 R13 SC-PTM 演进过来的,工作原理都是单小区点对多点组播,只不过 SC-PTM 是 LTE 技术,5G NR MBS 是基于 NR。

R14 之前,3GPP 组播广播技术体系都是面向小塔,也就是依托于通信基站的方式来实现,能够实现单播广播混合的工作模式,1 帧包含 10 子帧,通过在其中配置一些用于广播,形成混合的方式,但最多只能有 60% 的资源,也就是 6 子帧能够被用于广播。一个站建好以后又可以发单播又可以发广播,听起来很美好,但是经过世界上一些运营商试验,发现运营商下行数据本来就比上行数据量更大,又要分出部分频谱来发广播,觉得商业模式很不划算;而从广播电视运营者角度来看,发现只能用小塔覆盖,而且只有 60% 的频谱能够被我所用,所以这种技术无论从哪个行业来看,都觉得不够好。

正是看到了技术上的瓶颈,欧洲的广电机构,如欧广联(EBU)等参与到 3GPP 广播标准制定,将前期的 eMBMS 技术改造成了可以面向数字地面广播电视的技术,已经成为数字广播电视强有力的竞争者或者技术备选对象。广科院加入 3GPP,联合欧洲广电机构及一些公司,在 Release 16 版本中做了更多的子载波间隔参数,单站能够支持从比较小的覆盖范围到比较大的覆盖范围,比如十几公里直到 100 公里,能够更好地支持移动,并且对帧结构进行改进和增强。

总体来说,Release 16 5G 广播标准在去年 6 月已经完成,随着 3GPP Release 16 整套标准一起被 ITU-R 接受为 IMT-2020/5G 国际标准。今年 2 月 ITU-R 正式发布(ITU-R M.2150-0),欧洲电信标准化协会(ETSI)基于此广播标准制定发布了欧洲 5G 广播标准(ETSI TS 103 720)并提交至 ITU-R WP6A,目标将 Release16 5G 广播标准提升为 ITU-R 国际广播标准。而基于 Release 17 组播标准则是从 SC-PTM 演进而来,在区域的服务或者临时服务有优势,核心网可以动态调整广播区域,不需要预定义承载。但对于当前广播电视业务来说,不需要这样的灵活,因为频道可能一年都不会变。

回归公共服务本源

基于 3GPP Release 16 标准的技术路线中,子载波间隔从 15KHz 开始,因为 15KHz 是 LTE 标准的子载波间隔,可以降到 7.5KHz、2.5KHz、1.25KHz 和 0.37KHz。其中,0.37KHz 由欧洲广电机构提出,2.5KHz 是国家广电总局广科院参加 3GPP 提出的。

欧洲更关注覆盖,单站可以达到 100 公里;中国更关注移动接收,广科院建议补充 2.5KHz,单站覆盖比如 15-30 公里的中等距离,但能够支持手机在移动过程当中直接接收。

张宇指出,广播和通信是不一样的,广播是单向的,不需要双向,原有的帧结构当中承载着一些物理层的参考信号,上下行都需要测量,但广播是单向的,很多东西在帧结构当中是多余的、不需要的,所以为了广播对帧结构进行了重新的定义,并且在 CAS 子帧做了一些能增强,以便在广覆盖和高速移动场景下能够更好地接收物理层同步和参考信号。

而基于 3GPP Release 17 标准的技术路线中,限定不许更改子载波间隔,帧结构完全与通信相同,只在逻辑层面定义了广播信道,而在传输信道和物理信道完全复用了移动通信的信道,没有为广播电视做任何改动。

在张宇看来,两条技术演进路径的存在是客观的,当前并不是争论,而是尽快明确演进方向,催动产业生态前行,争取在 5G Release 18 阶段走向融合。

张宇建议将 R16 中为广播设计的帧结构引入 R18 当中,在逻辑层、传输层和物理层把广播信道做出来,形成一个比较完善的、真正的基于 NR 的数字地面广播电视技术。

张宇认为 " 我们希望广播和通信融合,不仅可以提供广播电视,也可以有更多融合服务。",大塔(广播电视塔)和小塔(移动通信基站)解耦不失为一种务实的解决方案,大塔是在广播电视频段发送传统广播电视节目,运营者可能是电视台、融媒体中心;小塔采用移动通信网络,比如持有 5G 牌照的公司或者通过对外合作的方式在移动通信频段来建设网络。两者之间频段不同、业务不同、运营者不同、行业管理不同,可以独立演进和发展。

而小塔实现了无线资源层次上的混合模式,运营者需要 5G 牌照,在移动通信频段(如 700MHz)部署,因为这是完全混合的方式。但是下行同样存在这个问题,如果提供广播电视业务就会长期占用下行资源。"广播业务是公共服务,如果与商业化运营的移动通信网络强绑定,可能互相造成影响,这个影响可能是正面的也可能是负面的,需要未来更多深入的分析。"